Qu'est-ce que la vision artificielle ?

La vision artificielle utilise des machines pour remplacer l'œil humain dans la mesure et le jugement. Un système de vision artificielle utilise des dispositifs de vision artificielle (c'est-à-dire des dispositifs de capture d'images, disponibles en CMOS et CCD) pour convertir les objets capturés en signaux d'image. Ces signaux sont ensuite transmis à un système de traitement d'images dédié, qui les convertit en signaux numériques en fonction de la distribution des pixels, de la luminosité, de la couleur et d'autres informations. Le système d'imagerie effectue ensuite diverses opérations sur ces signaux pour extraire les caractéristiques de la cible et, en fonction des informations obtenues, pilote le fonctionnement des équipements sur site.

Composants du système de vision :

1. Source d'éclairage

2. Objectif

3. Caméra industrielle

4. Carte de capture/traitement d'image

5. Système de traitement d'image

6. Autres périphériques externes

I. Caméras

Les caméras industrielles, également appelées caméras vidéo, offrent une stabilité d'image supérieure, une vitesse de transmission élevée et une immunité aux interférences supérieure à celle des caméras grand public traditionnelles. Actuellement, la plupart des caméras industrielles du marché sont basées sur des puces CCD (dispositif à couplage de charge) ou CMOS (semi-conducteur à oxyde métallique complémentaire).

Parmi ces capteurs, le CCD est le plus couramment utilisé en vision industrielle. Il intègre la conversion photoélectrique, le stockage de charge, le transfert de charge et la lecture du signal, ce qui en fait un dispositif d'imagerie à semi-conducteurs classique.

La particularité du CCD est qu'il utilise la charge comme signal, contrairement à d'autres appareils qui utilisent le courant ou la tension comme signal. Ce type de dispositif d'imagerie forme des paquets de charges par conversion photoélectrique, qui sont ensuite transférés et amplifiés par une impulsion de commande pour produire le signal d'image.

Une caméra CCD classique se compose d'une lentille optique, d'un générateur de signaux de synchronisation, d'un circuit d'attaque vertical et de circuits de traitement de signaux analogiques/numériques. En tant que dispositif fonctionnel, le CCD offre des avantages par rapport aux tubes à vide, tels que l'absence de rodage, l'absence de latence, un fonctionnement à basse tension et une faible consommation d'énergie.

Le développement des capteurs d'image CMOS est apparu pour la première fois au début des années 1970. Avec l'avancement de la technologie de fabrication de circuits intégrés à très grande échelle (VLSI) au début des années 1990, les capteurs d'image CMOS ont connu une croissance rapide.

Les capteurs d'image CMOS intègrent sur une seule puce un réseau d'éléments photosensibles, un amplificateur de signal d'image, un circuit de lecture de signal, un circuit de conversion analogique-numérique, un processeur de signal d'image et un contrôleur. Ils offrent également l'avantage d'un accès aléatoire programmable aux pixels locaux. Actuellement, les capteurs d'image CMOS sont largement utilisés dans les applications haute résolution et haute vitesse grâce à leur excellente intégration, leur faible consommation d'énergie, leur transmission à haut débit et leur large plage dynamique.

Classification:

Tout a ses propres normes de classification, et les caméras industrielles ne font pas exception.

En fonction du type de puce, elles peuvent être divisées en caméras CCD et caméras CMOS ;

En fonction des caractéristiques structurelles du capteur, ils peuvent être divisés en caméras à balayage linéaire et caméras à balayage de zone ;

En fonction de la méthode de numérisation, elles peuvent être divisées en caméras à balayage entrelacé et caméras à balayage progressif ;

En fonction de la résolution, elles peuvent être divisées en caméras à résolution standard et caméras à haute résolution ;

En fonction de la méthode du signal de sortie, ils peuvent être divisés en caméras analogiques et caméras numériques ;

En fonction de la couleur de sortie, elles peuvent être divisées en caméras monochromes (noir et blanc) et caméras couleur ;

En fonction de la vitesse du signal de sortie, ils peuvent être divisés en radars de vitesse standard et radars à grande vitesse ;

En fonction de la plage de fréquences de réponse, elles peuvent être divisées en caméras à lumière visible (standard), caméras infrarouges et caméras ultraviolettes, entre autres.

Différences :

1. Performances stables et fiables, installation facile. Compacte et robuste, la caméra est résistante aux chocs et offre une longue durée de fonctionnement continu, même dans des environnements difficiles. Les appareils photo numériques classiques ne peuvent pas offrir une telle performance. Par exemple, un appareil photo numérique grand public aurait des difficultés à fonctionner 24 heures sur 24, voire plusieurs jours d'affilée.

2. Sa vitesse d'obturation très courte lui permet de capturer des mouvements rapides. Par exemple, si vous fixez une carte de visite aux pales d'un ventilateur électrique tournant à pleine vitesse, réglez une vitesse d'obturation adaptée et prenez l'image avec un appareil photo industriel, vous pourrez toujours distinguer clairement la police de caractères sur la carte. Il est impossible d'obtenir le même effet avec un appareil photo classique.

3. Les capteurs d'image utilisent le balayage progressif, tandis que les appareils photo classiques utilisent le balayage entrelacé. Le processus de production des capteurs d'image à balayage progressif est complexe, ce qui entraîne de faibles rendements et de faibles volumes d'expédition. Seules quelques entreprises dans le monde, comme Dalsa et Sony, peuvent proposer de tels produits, et ils sont coûteux.

4. Sa fréquence d'images est bien supérieure à celle des caméras classiques. Les caméras industrielles peuvent capturer de dix à plusieurs centaines d'images par seconde, tandis que les caméras classiques n'en capturent que deux ou trois par seconde, ce qui représente une différence significative.

5. Le résultat est une donnée brute, souvent dotée d'une plage spectrale plus large, ce qui la rend adaptée aux algorithmes de traitement d'images de haute qualité, tels que ceux utilisés dans les applications de vision artificielle. Les images capturées par des caméras classiques ont une plage spectrale réservée à la vision humaine et sont compressées au format MJPEG, ce qui entraîne une qualité d'image médiocre et des difficultés d'analyse et de traitement.

6. Ils sont plus chers que les appareils photo standard (DSC).

Comment choisir :

1. Choisissez une caméra CCD ou CMOS selon l'application. Les caméras industrielles CCD sont principalement utilisées pour l'extraction d'images d'objets en mouvement, notamment en vision industrielle pour les machines de placement. Cependant, avec les progrès de la technologie CMOS, de nombreuses machines de placement adoptent également des caméras industrielles CMOS. Les caméras industrielles CCD sont généralement utilisées dans les solutions d'inspection visuelle automatisée ou dans les industries. Les caméras industrielles CMOS sont de plus en plus populaires en raison de leur faible coût et de leur faible consommation d'énergie.

2. Lors du choix de la résolution, tenez d'abord compte de la précision de l'objet à observer ou à mesurer. Choisissez une résolution en fonction de cette précision. Précision en pixels de la caméra = champ de vision unidirectionnel / résolution unidirectionnelle de la caméra. Par conséquent, résolution unidirectionnelle de la caméra = champ de vision unidirectionnel / précision théorique. Si le champ de vision mesure 5 mm de long et que la précision théorique est de 0,02 mm, la résolution unidirectionnelle = 5 / 0,02 = 250. Cependant, pour accroître la stabilité du système, un pixel n'est pas utilisé pour correspondre à une valeur de précision de mesure/observation unique. Généralement, un grossissement de 4 ou plus est sélectionné. Par conséquent, la caméra nécessite une résolution mono-axe de 1 000 ; 1,3 million de pixels sont donc suffisants.

Ensuite, tenez compte de la sortie de la caméra industrielle. Pour l'observation stéréoscopique ou l'analyse et la reconnaissance de logiciels machine, une haute résolution est utile. Pour une sortie VGA ou USB, l'observation sur un moniteur dépend de la résolution de ce dernier. Même une caméra industrielle haute résolution est inutile si la résolution du moniteur est insuffisante. La haute résolution est également utile pour utiliser des cartes mémoire ou prendre des photos.

3. Correspondance de l'objectif : la taille de la puce du capteur doit être inférieure ou égale à la taille de l'objectif, et la monture C ou CS doit également être compatible (ou un adaptateur peut être ajouté).

4. Sélection de la fréquence d'images de la caméra : Pour mesurer des objets en mouvement, choisissez une caméra industrielle à fréquence d'images élevée. Cependant, en général, plus la résolution est élevée, plus la fréquence d'images est faible.

II. Lentille

Connaissances de base :

1. Correspondance des lentilles

Comment choisir le bon objectif ? Lors du choix d'un objectif, vous devez en sélectionner un qui correspond à l'interface de la caméra et à la taille du CCD. Les objectifs avec montures C et CS sont les plus courants. Les petites caméras de sécurité à monture CS gagnent en popularité, tandis que l'industrie FA utilise principalement des caméras à monture C et des combinaisons d'objectifs. Les tailles CCD correspondantes sur le marché vont généralement de 2/3 de pouce à 1/3 de pouce, selon l'application.

2. Interchangeabilité

Les objectifs à monture C peuvent être utilisés de manière interchangeable avec les caméras à monture C et à monture CS ; les objectifs à monture CS ne peuvent pas être utilisés avec les caméras à monture C, mais uniquement avec les caméras à monture CS.

3. Vignettage

Lorsqu'un appareil photo utilise un objectif avec un petit CCD, les zones environnantes non capturées par l'image apparaissent noires, une condition connue sous le nom de kérare.

4. Fonction de la lentille :

La conception des lentilles consiste à usiner divers matériaux d'indices de réfraction différents pour obtenir des surfaces courbes de haute précision, puis à les combiner. Son principe de base est une technique courante utilisée depuis Galilée. Pour obtenir des images encore plus nettes, de nouveaux matériaux et lentilles asphériques sont actuellement étudiés et développés.

3. Sources lumineuses

Sources lumineuses LED, lampes halogènes (sources lumineuses à fibre optique) et lampes fluorescentes haute fréquence. Les sources lumineuses LED sont actuellement les plus courantes et offrent les caractéristiques clés suivantes :

Ils peuvent être fabriqués dans différentes formes, tailles et angles d’éclairage ;

Ils peuvent être fabriqués en différentes couleurs selon les besoins et la luminosité peut être ajustée à tout moment ;

Le dispositif de dissipation thermique offre une meilleure dissipation thermique et une luminosité plus stable ;

Ils ont une longue durée de vie ;

Ils réagissent rapidement, atteignant leur luminosité maximale en 10 microsecondes ou moins ;

L'alimentation dispose d'un déclencheur externe, permettant le contrôle par ordinateur, un démarrage rapide et peut être utilisée comme lumière stroboscopique ;

Les LED offrent de faibles coûts de fonctionnement et une longue durée de vie, offrant des avantages significatifs en termes de coût global et de performances ;

Les conceptions personnalisées peuvent être adaptées aux besoins des clients.

Les sources lumineuses LED peuvent généralement être classées par forme :

1. Sources lumineuses annulaires : Les sources lumineuses annulaires offrent différents angles d'éclairage et combinaisons de couleurs, mettant en valeur les détails tridimensionnels des objets. Elles sont également dotées de matrices de LED haute densité pour une luminosité élevée, de designs compacts et d'une installation peu encombrante. Elles permettent également de résoudre les problèmes d'ombres diagonales. Des diffuseurs optionnels assurent une distribution lumineuse uniforme. Applications : inspection de substrats de circuits imprimés, inspection de composants de circuits intégrés, éclairage de microscopes, étalonnage d'écrans LCD, inspection de contenants en plastique et inspection d'impression de circuits intégrés. 2. Le rétroéclairage utilise une matrice de LED haute densité pour un éclairage intense, mettant en valeur les contours et les caractéristiques de l'objet, ce qui le rend particulièrement adapté à une utilisation comme platine de microscope. Des rétroéclairages rouge et blanc à double usage, ainsi que des rétroéclairages rouge et bleu à usages multiples, peuvent être configurés pour produire différentes couleurs afin de répondre aux exigences multicolores des différents objets à tester. Applications : mesure dimensionnelle de pièces mécaniques, inspection d'aspect de composants électroniques et de circuits intégrés, détection de taches de films et de rayures sur objets transparents.

3. Source lumineuse en barre : Les sources lumineuses en barre sont idéales pour les grandes structures carrées. Les couleurs peuvent être librement combinées et assorties pour répondre à des besoins spécifiques, et l'angle d'éclairage et le montage sont réglables. Applications : inspection de surfaces métalliques, numérisation d'images, détection de fissures de surface et inspection d'écrans LCD.

4. Source lumineuse coaxiale : Les sources lumineuses coaxiales éliminent les ombres dues aux irrégularités de surface, réduisant ainsi les interférences. Certaines utilisent un séparateur de faisceau pour minimiser les pertes de lumière, améliorer la clarté de l'image et assurer un éclairage uniforme de la surface. Applications : Cette série de sources lumineuses est idéale pour l'inspection des rayures sur des surfaces hautement réfléchissantes telles que le métal, le verre, les films et les plaquettes ; la détection de bris de puces et de plaquettes de silicium ; la localisation des marques ; et la reconnaissance des codes-barres des emballages.

5. Source lumineuse spécifique à l'AOI : Un éclairage tricolore sous différents angles met en valeur les informations tridimensionnelles de la soudure. Un diffuseur guide la lumière pour réduire les reflets. Différentes combinaisons d'angles sont disponibles. Applications : Inspection de la soudure sur les circuits imprimés.

6. Source lumineuse sphérique intégratrice : La surface intérieure d'une sphère hémisphérique à effet intégrateur réfléchit uniformément la lumière émise par le bas sur 360 degrés, assurant un éclairage uniforme sur toute l'image. Applications : Convient à l'inspection des surfaces courbes, irrégulières et incurvées, ainsi que des surfaces métalliques et en verre hautement réfléchissantes.

7. Source lumineuse linéaire : Ultra-haute luminosité, utilisant une lentille cylindrique pour focaliser la lumière, idéale pour l'inspection continue sur diverses lignes d'assemblage. Applications : Conçue pour l'éclairage de caméras matricielles et l'AOI. 8. Source lumineuse ponctuelle LED haute puissance, compacte et à forte intensité lumineuse. Alternative aux lampes halogènes à fibre optique, elle est particulièrement adaptée comme source lumineuse coaxiale pour les objectifs. Sa dissipation thermique efficace prolonge considérablement sa durée de vie. Applications : Convient aux objectifs télécentriques, à l'inspection de puces, à la localisation de marques et à l'alignement de wafers et de substrats en verre LCD.

9. Source lumineuse combinée : Distribution lumineuse sur quatre côtés, chacun avec un éclairage réglable indépendamment. L'angle d'éclairage requis peut être ajusté en fonction de l'objet testé, offrant un large éventail d'applications. Les applications incluent l'inspection de substrats CB, de composants CI, de soudures, la localisation de marques, l'éclairage de microscopes, l'éclairage de codes-barres de boîtiers et l'éclairage d'objets sphériques.

10. Source lumineuse d'alignement : Alignement rapide, large champ de vision, haute précision, taille compacte pour une inspection et une intégration faciles, luminosité élevée et source lumineuse annulaire auxiliaire en option. Applications : La source lumineuse de la série VA est spécialement conçue pour l'alignement des imprimantes de circuits imprimés entièrement automatiques. 4. Choix de la source lumineuse

1. Informations préalables

(1) Contenu de l'inspection : Inspection de l'apparence, OCR, mesure des dimensions, positionnement

(2) Objet

Que voulez-vous voir ? (Corps étrangers, rayures, défauts, marques, formes, etc.)

État de surface (miroir, surface rugueuse, surface courbe, surface plane)

Tridimensionnel ? Surface plane ?

Matériau, couleur de la surface

Champ de vision ?

Dynamique ou statique (vitesse d'obturation de l'appareil photo)

(3) Restrictions

Distance de travail (distance entre le bas de la lentille et la surface de l'objet mesuré)

Conditions de réglage (taille de l'éclairage, distance entre le bas de l'éclairage et la surface de l'objet mesuré, réfléchissant ou transmissif)

Environnement ambiant (température, lumière parasite externe)

Type de caméra : réseau matriciel ou réseau linéaire

2. Connaissances préliminaires simples :

(1) En raison des différents matériaux et épaisseurs, les caractéristiques de transmission de la lumière (transparence) varient. (2) La capacité de la lumière à pénétrer les matériaux (transmittance) varie selon sa longueur d'onde. (3) Plus la longueur d'onde de la lumière est grande, plus sa capacité à pénétrer le matériau est forte. Plus sa longueur d'onde est courte, plus sa diffusion à la surface du matériau est importante. (4) L'éclairage transmis est une méthode permettant de transmettre la lumière à travers un objet et d'observer la lumière transmise.

3. Source lumineuse :

Une source lumineuse stable et uniforme est extrêmement importante

Objectif : Distinguer l'objet testé de l'arrière-plan aussi clairement que possible

Lors de la capture d'une image, le plus important est de savoir comment obtenir clairement : la différence de lumière et d'obscurité entre l'objet testé et l'arrière-plan

Actuellement, la méthode technique la plus répandue dans le domaine du traitement d'images est la binarisation (blanc et noir). Pour mettre en valeur les points et les images caractéristiques, les méthodes d'éclairage les plus courantes incluent le fond clair et le fond sombre.

Champ clair : utilisez la lumière directe pour observer l'objet entier (la lumière diffusée apparaît noire)

Champ sombre : utilisez la lumière diffusée pour observer l'objet entier (la lumière directe apparaît blanche). La méthode spécifique de sélection de la source lumineuse dépend toujours de l'expérience pratique de l'expérience.